Радиоуглеродный метод датирования четвертичных отложений .

РАДИОУГЛЕРОДНЫЙ МЕТОД

Радиоуглеродный метод наиболее надежный в настоящее время, но применение ограничивается возрастным пределом.

Основан на распаде радиоуглерода С14, образующегося в верхних слоях атмосферы при взаимодействии нейтронов космического излучения с ядрами атмосферного азота.

Радиоуглерод затем объединяется с кислородом и образует 14С02, которая смешивается равномерно с неактивной СО2 атмосферы. Радиоуглерод сравнительно быстро и равномерно распространяется в углероде атмосферы, растений, животных и растворенных в океане карбонатов. При смерти организма. 14С начинает распадаться с известной скоростью, и никакого дальнейшего замещения 14С из атмосферного СО2 не может происходить. Время смерти организма может быть определено, если

измерить число атомов 14С, которые остаются в материале.     

Быстрый распад 14С ограничивает период датирования приблизтельно

30 - 50 тыс. лет

Точность метода зависит от изменения в уровнях атмосферного 14С и от загрязнения. Наиболее серьезной проблемой является загрязнение радиоуглеродом после отложения из-за просачивания грунтовых вол, внедрения более старого или более молодою углерода, и загрязнения в полевых условиях или в лаборатории. Наиболее часто встречается загрязнение из более древнего (менее обогащенного 14С) карбоната кальция, каменного или древесного угля, вымытого из других слоев, что делает образец или слой старше, чем это фактически.

Ускорительная масс-спектрометрия (УМС. AMS) может количественно измерить содержание радиоуглерода образцов в 104 меньше (по сравнению с измерением счетчиком), а время эксперимента в 102 короче.

В дополнение к 14С, с помощью УМС возможно определение других космогенных изотопов (10ВЕ, 26Аl, 36Сl, 41Са и др.). Эти изотопы имеют , л Ппт.п.р чем ,4С так что преимущества > МС над полураспад намного дольше, чем 14 С, так что преимущества УМС над методом счетчика еще больше.

в 1962 г. полураспад 14С был переопределен с 5568 лет до 5730 лет, поэтому некоторые даты, определенные ранее, требуют корректировки. Шкала радиоуглеродного времени содержит и другие неопределенности, которые могут приводить к ошибкам в 2000 - 5000 лет.        

Первоначальная радиоуглеродная шкала основана на скорости распада 14С, исходя из того, что уровень распространенности 14С был как в настоящее время. Теперь установлено, что имелись колебания в скорости продуцирования 14С в верхних слоях атмосферы.

Различают два типа 14С-возраста - конвенциональный (по соглашению, договорной) и калиброванный. Конвенциональный возраст рассчитывается на основе определенной модели. Результат приводится в 14С годах. Затем этот возраст конвертируется в хронометрически корректные годы с помощью процедуры калибровки. Калиброванный возраст приводится в календарных годах.

Конвенциональные даты отсчитываются от 1950 г. н.э. и принимается, что начальная активность 14С была постоянной во времени. Для того, чтобы сохранить возможность сравнения измерений со сделанными ранее определениями 14С-возраста. используется «период полураспада Либби» (5568), хотя известно, что он ниже реального.

Ошибки, вносимые соглашением, устраняются процедурой калибровки, которая осуществляет преобразование конвенционального возраста в календарные даты. Для этой цели используются общепринятые кривые и программы, основанные на высокоточных радиоуглеродных измерениях дендрологически датированных последовательностей годовых колец деревьев. Для отличия калиброванного 14С-возраста от конвенционального в записи указывают «кал. лет- (календарных лет до 1950 г. н.э.). Поскольку мнения относительно перевода соответствующего возраста может измениться, когда большее количество данных поступит, интервалы времени на картах и разрезах теперь описываются в 14С - возрастной шкале.

РАДИАЦИОННО-ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ Радиа ционн о- дозиметрические методы (термо л юм е нес ц ен ц ия. оптически стимулированная люминесценция, электронный спиновый ( парамагнитный ) резонанс) .

Радиационно-дозиметрические методы датирования основаны на накоплении радиационных нарушений в минералах, зависящем от времени.

•Это - термолюминесценция (ТЛ), оптически стимулированная люминесценция (OСЛ) и электронный спиновый резонанс (ЭСР).

•В природе постоянно присутствует небольшой уровень ионизирующего излучения, связанного с естественной радиоактивностью и космическим излучением. Ионизирующее излучение, взаимодействуя с атомами минералов, приводит к постепенно усиливающимся радиационным нарушениям. Степень радиационных нарушений является мерой естественной дозы облучения, которую минерал получил с тех пор. как был образован. Возраст рассчитывается как отношение естественной дозы облучения к мощности естественной дозы (дозе в единицу времени).

Радиационные дозиметрические методы охватывают диапазон возрастов от 102- до 106 лет.

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

Из радиационно-дозиметрических методов датирования ТЛ-метод является наиболее известным и хорошо развитым. ТЛ, кроме прочих объектов, позволяет датировать эоловые и речные отложения, которые подвергаются действию дневного света во время транспортировки и осаждения.

ТЛ-метод используется в основном для датирования лессовых толщ. Метод основан на способности некоторых минералов (в частности кварца) к термолюминисценции (свечению при нагревании от 100 до 400°). Эта способность обусловлена в значительной степени радиоактивным облучением минерала в природных условиях, при котором происходит возбуждение атомов минерала и изменение запаса энергии кристаллической решетки - накопление светосуммы. Изучая ТЛ-своиства кварца выделенного из лессовой породы, пытаются установить дозу поглощенной им радиации и следовательно продолжительность его активации с момента захоронения в лессовой толще. Диапазон применения метода - до 900 тыс.лет. Погрешность 10-15%. Для детального расчленения молодых четвертичных отложений не пригоден, резко уступая радиоуглеродному.

Зерна минералов, переносимые и отлагаемые водой, не так сильно подвергаются воздействию света (отбеливанию), как эоловые, потому что столб воды частично поглощает свет, а взвешенные частицы ослабляют интенсивность света.

В связи с тем, что в полевых шпатах ТЛ-сигнал легче подвергается отбеливанию, его использование предпочтительнее, чем кварца. Решающее значение имеют условия освещенности в процессе переноса и отложения. Если пески переносились мелководными реками с прозрачной водой, то могут быть полностью отбелены даже зерна кварца.

При использовании TЛ- метода возникают трудности методического характера. К ним относится возможное непостоянство естественной дозы облучения с момента захоронения и отсутствие четких представлении об истинной связи естественной радиоактивности с естественной термолюминесценцией.

ОПТИЧЕСКИ СТИМУЛИРОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

Оптически стимулированная люминесценция (ОСЛ, OSL) тесно связана с термолюминесценцией, но в этом случае электроны удаляются из своих ловушек не термически, а оптически в соответствии с используемой спектральной областью светового возбуждения говорят о различных ОСЛ-методах, а именно - ИКСЛ с инфракрасным и ЗСЛ с зеленым возбуждением. По аналогии с ТЛ, сигнал ОСЛ используется для оценки естественной дозы, полученной минералом за время его формирования или переустановки хронометрической системы.

За последние несколько лет было значительное технологическое развитие ОСЛ-метода. что вызвало увеличивающееся число возрастов в литературе, основанных на ОСЛ-сигналах из кварца. В целом, возрасты точны, нет никакого свидетельства систематических ошибок по возрастному диапазону с прошлого столетия, по крайней мере, к 350000 лет.

ЭЛЕКТРОННЫЙ СПИНОВЫЙ (ПАРАММАГНИТНЫЙ) РЕЗОНАНС

Датирование методом электронного спинового резонанса (ЭСР), иначе называемого электронным парамагнитным резонансом (ЭПР), основано на накоплении в минералах радиационно-нндуцированных парамагнитных центров. ЭСР-метод позволяет определять возрасты до 105 - 106 лет. которые не доступны методам люминесценции. Подходящими объектами для датирования методом ЭСР являются раковины моллюсков, зубы и в меньшей степени, кости. С помощью ЭСР могут быть датированы кораллы и фораминиферы. ЭСР-измерения были также успешно проведены на кремнистых материалах, таких как кварц и кремень.